日本薬局方－一般試験法 2.58 粉末X線結晶回折測定法

粉末X線回折測定法とは、X線の回折現象を利用して物質の特定・定量を行う方法です。

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1. 日本薬局方－一般試験法 2.58 粉末X線回折測定法 2020/5/23 Ver. 1.0
2. 回折とは？ 波が障害物に当たったときに、回り込む現象 • スリットを通ると、波が回り込む • 波の性質を持つものに固有の現象
3. 波の干渉 波同士が重なるとき、波が高く/低くなる現象 • スリットが2個あれば観測できる • スリット間の距離が干渉に影響する 波の高さから、スリットの距離がわかる
4. X線 波長が0.01-10nmの電磁波のこと • 波長が短いほどエネルギーが 高い • 放射線の一つ • 波と粒子の性質を持つ 波なので、回折を起こす Electromagnetic radiation, Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation
5. X線の回折 X線を結晶に当てると、回折が起こる • 電子雲が回折を起こすもの（ついたてとスリット）になる • 電子雲はX線を反射する • 反射されたX線の波が干渉する
6. フラッグの法則 X線を反射する結晶面とX線の入射角の関係を示したもの 2 sin = d: 結晶面の間隔、θ: 入射角、 n: 自然数、λ: 波長 等式が成り立つとき、 X線は反射する
7. ミラー指数 結晶の格子中の結晶面と方向を示す値 結晶の軸に対して、3次元ベクトルで表す（方向指数） Ԧ = 1 + 2 + 3 A: 格子点を結ぶベクトル、K, L, M: 整数の組、a: 結晶の軸を示すベクトル K, L, Mの組み合わせごとに、特定の波長に対する回折角を持つ
8. 結晶X線と粉末X線 結晶では結晶面がそろっていて、粉末ではランダムである 結晶のとき: 当てるX線の角度により、回折像が異なる 粉末のとき: X線の角度に関わらず、回折像は一定 • 結晶の方が情報量は多い（角度を変えて測定できる） • 粉末では、どこからX線を当てても反射は起こる
9. X線結晶回折の出力 粉末と結晶では大きく異なる 結晶: 回折の干渉による点が得られる 粉末: 点に対応するピークが得られる X-ray crystallography, Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_crystallography
10. 出力の利用法: 結晶 様々な角度からX線を当て回折像を取り、電子雲密度を計算する （左と右は正しく対応しているわけではありません）
11. 出力の利用法: 粉末 • 結晶形の特定 • 非晶質の特定 • 物質の特定 • 結晶/非晶質の割合の特定 に用いられる
12. 結晶形と非晶質 同じ物質で分子の並び方が異なる結晶が存在する • 分子の並びが違う結晶がある場合を結晶多形と呼ぶ • 結晶形により、エネルギー準位が異なる • 非晶質（アモルファス）は非結晶の固体のこと • 非晶質はエネルギー準位が高い • エネルギー準位が高いほど不安定で、水に溶けやすい
13. 結晶形と粉末X線像 • 結晶形が異なると、同物質 でもピークの位置が異なる • 非晶質では、ピークが無い なだらかなチャートが得ら れる
14. 粉末X線回折の装置 粉末回折計もしくは粉末カメラを用いる A: X線管、B, D, E, G: スリット、C: 試料、F: モノクロメーター、 H: 検出器、ゴニオメーター: 角度を調節する装置のこと • X線源、光学系、ゴニオメーター、 検出器から成る • スリット、モノクロメーターで波 長調節、平行化、収束を行う • イメージングプレートやCCDを 用いて検出する
15. X線源 熱電子効果を用いてX線を発生させる • 加熱フィラメントから熱電子を放出し、陰極に衝突させてX 線源とする（真空管を使う） • 強いX線が必要な場合は、シンクロトロン放射光を用いる
16. 試料の調製 粉末X線回折には、粒子の形状が大きな影響を与える • 板状・針状結晶は配向性があり、良好な結果が得られない • 粒子径を50 μm以下にするとよい • 過度に粉砕してもよくない